JP7256190B2 - 車両検出システムおよび車両検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両検出システムおよび車両検出方法に関する。

従来、橋梁は、５年に１回程度、目視により点検がされている。橋梁の安全性をより高めるためには、例えば橋梁を走行する車両を常時モニタリングし、モニタリング結果に基づき橋梁の将来の状態等を予測して、橋梁を計画的に管理する必要がある。

特許文献１には、交通路の横断方向における車両の走行位置を歪計を用いて検出する技術が記載されている。特許文献２には、車両が橋梁を通過する際の床版の歪みを歪計を用いて検出する技術が記載されている。特許文献３には、車両が橋梁を通過する際の床版の歪みを歪計を用いて検出し、検出した歪みに基づき車両の重量を算出する技術が記載されている。特許文献４には、車両が橋梁を通過する際の床版の歪みを歪計を用いて検出し、通過する車両の特性を検出する技術が記載されている。特許文献５には、橋梁における車両の通行を検出することを目的とした変位量計測装置が記載されている。

特開２０１７－０２５６６２号公報 特開２０１７－０２７４６８号公報 特開２０１７－０７５８２１号公報 特開２００６－０８４４０４号公報 特開２０１７－１０６７６９号公報

ところで、橋梁を管理する人員および予算は限られている。このため、橋梁を走行する車両を少ない人員および低コストでモニタリングする必要があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、橋梁における車両の通過を低コストで精度良く検出する車両検出システムおよび車両検出方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る車両検出システムは、橋梁における車両の通過を検出する車両検出システムであって、前記橋梁における走行方向の２点間の伸縮量を測定する複数のセンサ装置と、前記複数のセンサ装置のそれぞれにより測定された前記２点間の前記伸縮量に基づき前記車両の通過を検出する解析装置と、を備える。前記複数のセンサ装置のそれぞれは、前記橋梁における第１点に固定された第１部材と、固定端が前記橋梁における前記第１点から走行方向に離間した第２点に固定され、自由端が前記第１部材の少なくとも一部と走行方向に重なる位置に配置された片持梁である第２部材と、前記第１部材と前記第２部材の自由端との相対位置の変位を検出し、検出した前記変位を前記伸縮量として出力する変位検出装置と、を有する。

本発明によれば、橋梁における車両の通過を精度良く検出することができる。

図１は、実施形態に係る車両検出システムを示す図である。 図２は、解析装置の機能構成を示す図である。 図３は、橋梁を横から見たときの複数のセンサ装置の配置を示す図である。 図４は、橋梁を上から見たときの複数のセンサ装置の配置を示す図である。 図５は、コンクリート橋を幅員方向に切断した面を模式的に示す図である。 図６は、鉄橋を幅員方向に切断した面を模式的に示す図である。 図７は、センサ装置および橋梁の主桁の一部分を示す図である。 図８は、変位検出装置を第１部材および第２部材とともに示す図である。 図９は、ハーフミラーを含まない検出器における発光部および受光部の配置を示す図である。 図１０は、橋梁を横から見たときの第１センサ装置および第２センサ装置の配置を示す図である。 図１１は、車両が橋梁に進入した直後の橋梁における各位置の伸縮量を示す図である。 図１２は、第１センサ装置により測定された伸縮量が０となる場合の橋梁における各位置の伸縮量を示す図である。 図１３は、第１センサ装置により測定された伸縮量が最大となる場合の橋梁における各位置の伸縮量を示す図である。 図１４は、第２センサ装置により測定された伸縮量が最大となる場合の橋梁における各位置の伸縮量を示す図である。 図１５は、車両が橋梁を通過した場合の、第１センサ装置および第２センサ装置により測定された伸縮量の変化を示す図である。 図１６は、橋梁を上から見たときの、第１センサ装置、第２センサ装置、第３センサ装置および第４センサ装置の配置を示す図である。 図１７は、車両が第１通行帯を通過した場合の第１センサ装置および第２センサ装置により測定された伸縮量の変化を示す図である。 図１８は、車両が第１通行帯を通過した場合の第３センサ装置および第４センサ装置により測定された伸縮量の変化を示す図である。 図１９は、車両が第２通行帯を通過した場合の第１センサ装置および第２センサ装置により測定された伸縮量の変化を示す図である。 図２０は、車両が第２通行帯を通過した場合の第３センサ装置および第４センサ装置により測定された伸縮量の変化を示す図である。 図２１は、解析装置のハードウェア構成を示す図である。

以下、図面を参照しながら実施形態に係る車両検出システム１０について説明する。

図１は、実施形態に係る車両検出システム１０を示す図である。車両検出システム１０は、橋梁における車両の通過を検出する。

車両検出システム１０は、複数のセンサ装置２０と、収集装置２２と、送信装置２４と、データ蓄積装置２６と、解析装置３０とを備える。

複数のセンサ装置２０のそれぞれは、橋梁に取り付けられる。それぞれのセンサ装置２０は、取り付けられた位置において、橋梁における走行方向の２点間距離の変化量（２点間の伸縮量）を測定する。２点間距離は、例えば、数１０センチメートル程度である。変化量（伸縮量）は、例えば、数ナノメートルから数１００ナノメートル程度である。

収集装置２２は、複数のセンサ装置２０のそれぞれにより測定された２点間の伸縮量を、測定した時刻に対応付けて収集する。例えば、収集装置２２は、複数のセンサ装置２０のそれぞれにより測定された伸縮量を、所定のサンプル間隔毎に連続的に取得する。例えば、数ミリ秒間隔毎に伸縮量を取得する。また、例えば、収集装置２２は、常時（例えば、２４時間連続して）、複数のセンサ装置２０のそれぞれにより測定された伸縮量を取得する。

送信装置２４は、収集装置２２により収集された情報をネットワークを介してデータ蓄積装置２６に送信する。ネットワークは、有線であっても、無線であっても、有線と無線とが混在していてもよい。ネットワークは、例えば、ＬＡＮ（Local Area Network）、ＶＰＮ（Virtual Private Network）またはＬＡＮがルータを介して接続されたＷＡＮ（Wide Area Network）である。また、ネットワークは、インターネットまたは電話通信回線等を含んでいてもよい。

データ蓄積装置２６は、送信装置２４から受信した情報を記憶する。データ蓄積装置２６は、ネットワークに接続可能なサーバ装置等のコンピュータである。

解析装置３０は、データ蓄積装置２６に蓄積された情報を読み出す。そして、解析装置３０は、読み出した複数のセンサ装置２０のそれぞれにより測定された２点間の伸縮量に基づき車両の通過を検出する。例えば、解析装置３０は、橋梁における所定の位置を車両が通過した時刻、通過した車両の速度、通過した車両の移動方向、通過した車両の重量、および、通過した車両が走行した通行帯を検出する。

解析装置３０は、ネットワークに接続可能なサーバ装置等のコンピュータである。解析装置３０は、データ蓄積装置２６と同一の筐体内に設けられていてもよい。解析装置３０は、１台のコンピュータであってもよいし、クラウドシステムのように複数台のコンピュータにより構成されていてもよい。

図２は、解析装置３０の機能構成を示す図である。解析装置３０は、波形取得部３２と、通過時刻検出部３４と、速度検出部３６と、移動方向検出部３８と、重量検出部４０と、通行帯判定部４２と、出力部４４とを有する。

波形取得部３２は、データ蓄積装置２６に記憶された複数のセンサ装置２０のそれぞれにより測定された信号から、車両が橋梁を通過したときの信号波形を抽出する。具体的には、波形取得部３２は、車両が橋梁に進入してから車両が橋梁から退出するまでの期間を含む信号波形を抽出する。

通過時刻検出部３４は、抽出した信号波形を解析して、橋梁における所定の位置を車両が通過した時刻を検出する。例えば、通過時刻検出部３４は、橋梁へ車両が進入した時刻、橋梁における予め定められた位置を車両が通過した時刻、および、橋梁から車両が退出した時刻を検出する。

速度検出部３６は、抽出した信号波形を解析して、橋梁を通過した車両の速度を検出する。例えば、速度検出部３６は、橋梁を通過した車両の平均速度、および、橋梁における予め定められた位置を車両が通過した時の速度を検出する。

移動方向検出部３８は、抽出した信号波形を解析して、橋梁を通過した車両の移動方向を検出する。例えば、移動方向検出部３８は、橋梁を通過した車両が、橋梁における第１方向（例えば上り方向）に移動したか、または、車両が、第１方向とは反対の第２方向（例えば下り方向）に移動したかを検出する。

重量検出部４０は、抽出した信号波形を解析して、橋梁を通過した車両の重量を検出する。例えば、重量検出部４０は、橋梁を通過した車両が、小型であるか、中型であるか、または、大型であるかを判別する。

通行帯判定部４２は、抽出した信号波形を解析して、車両が走行した通行帯を判定する。例えば、通行帯判定部４２は、第１通行帯（例えば、上り専用車線）を車両が走行したか、または、第１通行帯とは異なる第２通行帯（例えば、下り専用車線）を車両が走行したかを判定する。

出力部４４は、通過時刻検出部３４、速度検出部３６、移動方向検出部３８、重量検出部４０および通行帯判定部４２による検出結果および判定結果を外部装置に出力する。例えば、出力部４４は、モニタ装置に検出結果および判定結果を出力する。

なお、解析装置３０による、より具体的な処理内容の詳細については、後でさらに詳細に説明する。

図３は、橋梁を横から見たときの複数のセンサ装置２０の配置を示す図である。複数のセンサ装置２０は、橋梁における走行方向の中心よりも端部側に取り付けられる。複数のセンサ装置２０は、例えば、橋梁における下側の面であって、橋台の近傍に取り付けられる。これにより、作業者は、橋梁が完成した後であっても、複数のセンサ装置２０を橋梁に容易に取り付けることができる。

図４は、橋梁を上から見たときの複数のセンサ装置２０の配置を示す図である。複数のセンサ装置２０は、２つのセンサ装置２０を一組とし、組毎に橋梁に取り付けられる。一組の２つのセンサ装置２０は、橋梁における幅員方向に同一の位置であって、橋梁における走行方向に異なる位置に取り付けられる。一組とされた２つのセンサ装置２０は、例えば、一般的な車両の半分程度の間隔で配置される。これにより、一組の２つのセンサ装置２０は、車両が通過したときに、近似した波形で位相のずれた信号波形を出力することができる。

なお、本実施形態においては、橋梁における走行方向の一方の端部側に２つのセンサ装置２０の組を取り付けているが、橋梁における両方の端部のそれぞれに２つのセンサ装置２０の組を取り付けてもよい。

図５は、コンクリート橋を幅員方向に切断した面を模式的に示す図である。橋梁は、床版５２と、複数の主桁５４とを備える。複数のセンサ装置２０は、橋梁における何れかの主桁５４の下面５６に取り付けられる。コンクリート橋の場合、センサ装置２０は、主桁５４の下面５６にボルト等により取り付けられる。

また、収集装置２２は、防水および防塵のための筐体内に収納される。収集装置２２を収納した筐体は、隣接する２つの主桁５４を架け渡すように取り付けられた溝型鋼５８の上に載置される。溝型鋼５８は、隣接する２つの主桁５４の下面５６に、両端がボルトにより取り付けられている。これにより、収集装置２２は、複数のセンサ装置２０のそれぞれから出力された信号を収集することができる。なお、送信装置２４は、橋梁に取り付けられていても、橋梁に近接した支柱等に取り付けられていてもよい。

図６は、鉄橋を幅員方向に切断した面を模式的に示す図である。鉄橋の場合、センサ装置２０は、主桁５４における下フランジ６０の下面５６に、磁石等により取り付けられる。また、鉄橋の場合、溝型鋼５８は、隣接する２つの主桁５４における下フランジ６０の上面に、両端が載せられている。さらに、溝型鋼５８は、下フランジ６０に例えば磁石により取り付けられてもよい。

図７は、センサ装置２０および橋梁の主桁５４の一部分を示す図である。センサ装置２０は、橋梁の主桁５４の下面５６における第１点６２と第２点６４との間の距離の変化量（伸縮量）を測定する。

第１点６２および第２点６４は、橋梁における幅員方向に対して同一、走行方向に対して異なる位置である。第１点６２と第２点６４との間は、数１０センチメートル程度である。本実施形態においては、３５センチメートルである。センサ装置２０は、第１点６２と第２点６４との間における走行方向の距離の変化（伸縮量）を、例えば数ナノメートルから数百ナノメートルの単位で測定する。

センサ装置２０は、第１部材６６と、第２部材６８と、変位検出装置７０とを有する。

第１部材６６は、支持部６６ａと梁部６６ｂとを有する片持梁である。支持部６６ａの一端は、第１点６２に固定される固定端６６ｃである。支持部６６ａは、第１点６２から、主桁５４の下面５６に対して垂直方向の下側に所定距離伸びる。梁部６６ｂは、支持部６６ａにおける固定端６６ｃとは反対側の端部から、走行方向の第２点６４側に所定距離伸びる。梁部６６ｂにおける支持部６６ａに接続されていない側の端部は、何れの部材とも接続されない自由端６６ｄである。本実施形態において、第１部材６６の自由端６６ｄは、第１点６２と第２点６４との間を結ぶ線の略中心の近傍に配置される。

第２部材６８は、支持部６８ａと梁部６８ｂとを有する片持梁である。支持部６８ａの一端は、第２点６４に固定される固定端６８ｃである。支持部６８ａは、第２点６４から、主桁５４の下面５６に対して垂直方向の下側に所定距離伸びる。梁部６８ｂは、支持部６８ａにおける固定端６８ｃとは反対側の端部から、走行方向の第１点６２側に所定距離伸びる。梁部６８ｂにおける支持部６８ａに接続されていない側の端部は、何れの部材とも接続されない自由端６８ｄである。本実施形態において、第２部材６８の自由端６８ｄは、第１点６２と第２点６４との間を結ぶ線の略中心の近傍に配置される。

ここで、第１部材６６の自由端６６ｄおよび第２部材６８の自由端６８ｄとは、機械的な干渉が生じず、走行方向に重複した位置に配置される。これにより、第１部材６６の自由端６６ｄおよび第２部材６８の自由端６８ｄは、主桁５４の下面５６に対して垂直する方向に対向した位置に配置される。そして、第１点６２と第２点６４との間の距離が変化した場合、第１部材６６の自由端６６ｄと第２部材６８の自由端６８ｄとの相対位置は、走行方向にずれる。

なお、図７に示したセンサ装置２０は、第１部材６６および第２部材６８の両方が片持梁である構成であった。しかし、第２部材６８が片持梁であって、第１部材６６は片持梁でなくてもよい。この場合、第２部材６８は、自由端６８ｄが第１部材６６の少なくとも一部と、機械的な干渉はせずに、走行方向に重なる位置に配置される。このような構成であっても、第１点６２と第２点６４との間の距離が変化した場合、第１部材６６と第２部材６８の自由端６８ｄとの相対位置は、走行方向にずれる。

変位検出装置７０は、第１部材６６の自由端６６ｄと第２部材６８の自由端６８ｄとが対向した部分に設けられる。変位検出装置７０は、第１部材６６の自由端６６ｄと第２部材６８の自由端６８ｄとの相対位置の変位を検出する。そして、変位検出装置７０は、検出した変位を、橋梁における走行方向の２点間の伸縮量として出力する。

図８は、変位検出装置７０を第１部材６６および第２部材６８とともに示す図である。変位検出装置７０は、光学素子７２と、検出器７４とを含む。

光学素子７２は、第１部材６６の自由端６６ｄまたは第２部材６８の自由端６８ｄの一方に取り付けられる。検出器７４は、第１部材６６の自由端６６ｄまたは第２部材６８の自由端６８ｄのうち、光学素子７２が取り付けられていない他方に取り付けられる。

光学素子７２は、走行方向に対する光の照射位置に応じて、反射光量（または透過光量）が変化する光学部材である。例えば、光学素子７２は、走行方向に所定の間隔の複数の光吸収材（ストライプ）が表面に塗布されたミラーである。また、光学素子７２は、走行方向に所定の間隔の複数の光学スリット（ストライプ）が形成された回折格子であってもよい。

検出器７４は、ハーフミラー７６と、発光部７８と、受光部８０と、検出回路８２とを含む。ハーフミラー７６は、照射された光の一部を反射し、他の一部を透過する。

発光部７８は、光学素子７２に対してハーフミラー７６を介して光を照射する。受光部８０は、光学素子７２により反射された光をハーフミラー７６を介して受光する。検出回路８２は、受光部８０により検出された光の光量変化に基づき第１部材６６と第２部材６８との相対位置の変位を表す信号を、伸縮量として出力する。

光学素子７２に照射される光の位置は、第１部材６６と第２部材６８との相対位置の走行方向の位置のずれに応じて、走行方向にずれる。光学素子７２には走行方向にストライプが形成されているので、光学素子７２の反射光量は、光の照射位置の走行方向のずれに応じて増減する。具体的には、光学素子７２の反射光量は、光学素子７２に照射される光の位置がストライプの間隔分ずれると、光量の増減が１周期する。従って、例えば、検出回路８２は、受光部８０から出力された信号の増減をカウントすることにより、第１部材６６と第２部材６８との相対位置の変化量を取得することができる。

また、変位検出装置７０は、互いのストライプが１／４周期ずれた２つの光学素子７２と、２つ光学素子７２に対応する２つの発光部７８および２つの受光部８０とを含んでもよい。これにより、２つの受光部８０は、第１部材６６と第２部材６８との相対位置の変化に対して１／４周期位相のずれた２つの周期信号を出力することができる。従って、例えば、検出回路８２は、２つの信号の値に基づき、第１部材６６と第２部材６８との相対位置の変化方向、および、ストライプの周期より短い間隔での、第１部材６６と第２部材６８との相対位置の変化量を検出することができる。

また、図８の例では、光学素子７２は、光を反射する構成となっている。これに代えて、光学素子７２は、光を透過する構成であってもよい。この場合、光学素子７２は、走行方向に対する光の照射位置に応じて、透過光量が変化する。例えば、光学素子７２は、走行方向に所定の間隔の複数の光吸収材（ストライプ）が表面に塗布されたガラスまたはプラスチック等であってもよい。このような場合、受光部８０は、光学素子７２を透過した光を受光する。

また、検出器７４は、ハーフミラー７６を含まない構成であってもよい。図９は、ハーフミラー７６を含まない検出器７４における発光部７８および受光部８０の配置を示す図である。ここで、検出器７４は、第１部材６６に設けられるとする。また、光学素子７２は、第２部材６８に設けられるとする。そして、第１部材６６における、光学素子７２の幅員方向の中心に対向する位置を、Ｐとする。このような場合、発光部７８は、第１部材６６における、Ｐから、幅員方向に所定距離ずれた位置に配置される。また、受光部８０は、Ｐから、幅員方向に発光部７８とは反対側に所定距離ずれた位置に配置される。発光部７８は、光学素子７２の幅員方向の中心へと向かう方向に、光を出射する。光学素子７２は、発光部７８からの光が所定の角度で入射され、入射された光を受光部８０の方向に反射する。そして、受光部８０は、光学素子７２により反射された光を受光する。このような検出器７４は、図８に示した構成と同様の機能を有することができる。

このような構成の変位検出装置７０は、橋梁における主桁５４の下面５６に取り付けることができる。例えば、変位検出装置７０は、歪計のように橋梁に伸縮部材を埋め込んだりせずに、外部から取り付けることができる。これにより、変位検出装置７０は、完成済みの橋梁に対して後から取り付けることができる。また、変位検出装置７０は、橋梁の強度を低下させずに、取り付けることができる。また、変位検出装置７０は、取り付け後にも容易にメンテナンスをすることもできる。

また、このような構成の変位検出装置７０は、片持梁を用いて２点間の距離の変化を光センサにより検出する。これにより、変位検出装置７０は、簡単な構成でコストの小さい部材を用いて、橋梁における非常に小さい伸縮を精度良く検出することができる。

図１０は、橋梁を横から見たときの第１センサ装置１１２および第２センサ装置１１４の配置を示す図である。第１センサ装置１１２および第２センサ装置１１４は、橋梁に取り付けられた複数のセンサ装置２０のうちの一組である。

第１センサ装置１１２および第２センサ装置１１４は、橋梁における幅員方向に同一の位置に配置され、走行方向に異なる位置に配置される。第１センサ装置１１２は、第２センサ装置１１４よりも、走行方向の中心側に配置される。

図１０の例では、第２センサ装置１１４は、橋長が２６.５ｍの橋梁に対して、端部から３ｍの位置に配置される。また、図１０の例では、第１センサ装置１１２と第２センサ装置１１４との間の距離は、１．８ｍである。

ここで、車両が橋梁を通過する場合、橋梁における車両の直下の部分には、引っ張る力が加わる。従って、橋梁における車両の直下の部分は、走行方向に伸びる。反対に、橋梁における車両から最も離れた部分には、圧縮する力が加わる。従って、橋梁における車両から最も離れた部分は、走行方向に縮む。

例えば、車両が第１方向に橋梁を移動したとする。第１方向は、第１センサ装置１１２および第２センサ装置１１４が配置された端部とは反対側の端部から、第１センサ装置１１２および第２センサ装置１１４が配置された端部側へと移動する方向である。この場合、橋梁における走行方向の各位置は、図１１～図１４に示すように伸縮する。

図１１は、車両が橋梁に進入した直後の橋梁における各位置の伸縮量を示す図である。車両が橋梁に進入した直後、第１センサ装置１１２および第２センサ装置１１４と反対側の端部は、最も伸びる。車両が橋梁に進入した直後、第１センサ装置１１２および第２センサ装置１１４の側の端部は、縮む。

図１２は、第１センサ装置１１２により測定された伸縮量が０となる場合の橋梁における各位置の伸縮量を示す図である。車両が橋梁の略中心に位置する場合、橋梁における車両の直下の部分は、最も伸びる。車両が橋梁の略中心に位置する場合、橋梁の両方の端部は、最も縮む。

また、橋梁の中心近傍の所定の場所に車両が位置する場合、橋梁における第１センサ装置１１２が設置された部分は、伸縮量が０となる。この場合、第１センサ装置１１２により測定される伸縮量は、０となる。

図１３は、第１センサ装置１１２により測定された伸縮量が最大となる場合の橋梁における各位置の伸縮量を示す図である。橋梁における第１センサ装置１１２の近傍における所定の場所に車両が位置する場合、橋梁における第１センサ装置１１２が設置された部分は、最も伸びる。この場合、第１センサ装置１１２により測定される伸縮量は、最大値となる。

図１４は、第２センサ装置１１４により測定された伸縮量が最大となる場合の橋梁における各位置の伸縮量を示す図である。橋梁における第２センサ装置１１４の近傍における所定の場所に車両が位置する場合、橋梁における第２センサ装置１１４が設置された部分は、最も伸びる。この場合、第２センサ装置１１４により測定される伸縮量は、最大値となる。

以上の図１１～図１４に示した橋梁の特性は、第１センサ装置１１２および第２センサ装置１１４の配置が固定されている場合、車両の重量または車両の速度に関わらず不変であると推定される。

図１５は、車両が橋梁を第１方向に移動した場合の、第１センサ装置１１２により測定された伸縮量の時間変化（Ａ）および第２センサ装置１１４により測定された伸縮量の時間変化（Ｂ）を示す図である。

車両が第１方向に移動する場合、第１センサ装置１１２により測定される伸縮量は、図１５のＡの波形に示すように変化する。すなわち、第１センサ装置１１２により測定される伸縮量は、０から変化を開始し（Ｓ１１）、徐々に減少し（Ｓ１２）、ある時点で最小となる（Ｓ１３）。続いて、第１センサ装置１１２により測定される伸縮量は、増加し（Ｓ１４）、０をクロスし（Ｓ１５）、ある点において最大となる（Ｓ１６）。伸縮量の最大値は、Ｖ_１である。続いて、第１センサ装置１１２により測定される伸縮量は、減少し（Ｓ１７）、最後に０となり変化を終了する（Ｓ１８）。

車両が第１方向に移動する場合、第２センサ装置１１４により測定される伸縮量は、図１５のＢの波形に示すように変化する。すなわち、第２センサ装置１１４により測定される伸縮量は、０から変化を開始し（Ｓ２１）、徐々に減少し（Ｓ２２）、ある時点で最小となる（Ｓ２３）。続いて、第２センサ装置１１４により測定される伸縮量は、増加し（Ｓ２４）、０をクロスし（Ｓ２５）、ある点において最大となる（Ｓ２６）。伸縮量の最大値は、Ｖ_２である。第２センサ装置１１４により測定される伸縮量は、減少し（Ｓ２７）、最後に０となり変化を終了する（Ｓ２８）。

また、車両が第１方向とは逆方向の第２方向に移動したとする。車両が第２方向に移動した場合、第１センサ装置１１２により測定される伸縮量の変化波形は、時間方向の正負が反転した波形となる。同様に、車両が第２方向に移動した場合、第２センサ装置１１４により測定される伸縮量の変化波形も、時間方向の正負が反転した波形となる。

（移動方向）
図１５の波形を見ると、車両が第１方向に移動している場合、第１センサ装置１１２により測定される伸縮量の変化は、第２センサ装置１１４により測定される伸縮量の変化より早い。また、車両が第２方向に移動している場合、第１センサ装置１１２により測定される伸縮量の変化は、第２センサ装置１１４により測定される伸縮量の変化より早いと推定される。

従って、解析装置３０の移動方向検出部３８は、第１センサ装置１１２により測定される伸縮量が最大となる時刻（Ｓ１６）と、第２センサ装置１１４により測定される伸縮量が最大となる時刻（Ｓ２６）との順序により、車両の移動方向を判定する。より具体的には、解析装置３０の移動方向検出部３８は、第１センサ装置１１２により測定される伸縮量が最大となるタイミング（Ｓ１６）が、第２センサ装置１１４により測定される伸縮量が最大となるタイミング（Ｓ２６）より早い場合、車両が第１方向に移動していると判定する。また、解析装置３０の移動方向検出部３８は、第２センサ装置１１４により測定される伸縮量が最大となるタイミング（Ｓ２６）が、第１センサ装置１１２により測定される伸縮量が最大となるタイミング（Ｓ１６）より早い場合、車両が第２方向に移動していると判定する。

なお、解析装置３０は、伸縮量が最大となるタイミングに代えて、伸縮量が最小となるタイミングを比較して、車両の移動方向を判定してもよい。また、解析装置３０は、伸縮量が最大となるタイミングに代えて、伸縮量が０クロスするタイミングを比較して、車両の移動方向を判定してもよい。

（進入時刻）
第１センサ装置１１２および第２センサ装置１１４により測定される伸縮量の変化開始タイミング（Ｓ１１およびＳ２１）は、同時である。第１センサ装置１１２および第２センサ装置１１４により測定される伸縮量の変化開始タイミングは、車両が橋梁の端部に進入したタイミングと推定される。従って、解析装置３０の通過時刻検出部３４は、第１センサ装置１１２および第２センサ装置１１４により測定される伸縮量の変化開始タイミングに基づき、車両の橋梁への進入時刻を検出する。

（退出時刻）
第１センサ装置１１２および第２センサ装置１１４により測定される伸縮量の変化終了タイミング（Ｓ１８およびＳ２８）は、同時である。第１センサ装置１１２および第２センサ装置１１４により測定される伸縮量の変化終了タイミングは、車両が橋梁の端部から退出したタイミングと推定される。従って、解析装置３０の通過時刻検出部３４は、第１センサ装置１１２および第２センサ装置１１４により測定される伸縮量の変化終了タイミングに基づき、車両の橋梁からの退出時刻を検出する。

（通過時間、平均速度）
解析装置３０の速度検出部３６は、車両の橋梁からの退出時刻（Ｓ１８およびＳ２８）から、車両の橋梁への進入時刻（Ｓ１１およびＳ２１）を減じることにより、車両の橋梁の通過時間を算出する。また、橋梁の橋長は、既知である。従って、解析装置３０の速度検出部３６は、橋長を通過時間で除算することにより、車両の速度を算出する。またこの測定を複数回繰り返したデータで平均値を取ることにより、車両の平均速度を算出する。

（中間位置の通過時刻）
第１センサ装置１１２により測定される伸縮量が０クロスするタイミング（Ｓ１５）における車両の位置（第１中間位置）は、車両の速度および車両の重量に関わらず一定であると推定される。また、第２センサ装置１１４により測定される伸縮量が０クロスするタイミング（Ｓ２５）における車両の位置（第２中間位置）は、車両の速度および車両の重量に関わらず一定であると推定される。

解析装置３０は、測定処理に先だって（例えば測定の準備段階において）、第１中間位置を取得する。例えば、測定処理に先だって、解析装置３０は、第１センサ装置１１２により測定された伸縮量が０となったタイミングにおける車両の位置（第１中間位置）を、カメラにより撮像した画像と第１センサ装置１１２の信号波形から算出しておく。そして、測定時において、解析装置３０の通過時刻検出部３４は、第１センサ装置１１２により測定される伸縮量が０をクロスするタイミングに基づき、車両が第１中間位置を通過した時刻を検出する。

解析装置３０は、測定処理に先だって、第２中間位置を取得する。例えば、測定処理に先だって、解析装置３０は、第２センサ装置１１４により測定された伸縮量が０となったタイミングにおける車両の位置（第２中間位置）を、カメラにより撮像した画像と第２センサ装置１１４の信号波形から算出しておく。そして、測定時において、解析装置３０の通過時刻検出部３４は、第２センサ装置１１４により測定される伸縮量が０をクロスするタイミングに基づき、車両が第２中間位置を通過した時刻を検出する。

（最大位置の通過時刻）
第１センサ装置１１２により測定される伸縮量が最大となるタイミング（Ｓ１６）における車両の位置（第１最大位置）は、車両の速度および車両の重量に関わらず一定であると推定される。また、第２センサ装置１１４により測定される伸縮量が最大となるタイミング（Ｓ２６）における車両の位置（第２最大位置）は、車両の速度および車両の重量に関わらず一定であると推定される。

解析装置３０は、測定処理に先だって、第１最大位置を取得する。例えば、測定処理に先だって、解析装置３０は、第１センサ装置１１２により測定された伸縮量が最大となるタイミングにおける車両の位置（第１最大位置）を、カメラにより撮像された画像と第１センサ装置１１２の信号波形から算出しておく。そして、測定時において、解析装置３０の通過時刻検出部３４は、第１センサ装置１１２により測定される伸縮量が最大となるタイミングに基づき、車両が第１最大位置を通過した時刻を検出する。

解析装置３０は、測定処理に先だって、第２最大位置を取得する。例えば、測定処理に先だって、解析装置３０は、第２センサ装置１１４により測定された伸縮量が最大となるタイミングにおける車両の位置（第２最大位置）を、カメラにより撮像された画像と第２センサ装置１１４の信号波形から算出しておく。そして、測定時において、解析装置３０の通過時刻検出部３４は、第２センサ装置１１４により測定される伸縮量が最大となるタイミングに基づき、車両が第２最大位置を通過した時刻を検出する。

なお、解析装置３０は、伸縮量が最大となるタイミングに車両の位置に代えて、第１センサ装置１１２または第２センサ装置１１４により測定された伸縮量が最小となるタイミングにおける車両の位置（第１最小位置または第２最小位置）を検出してもよい。そして、解析装置３０の通過時刻検出部３４は、伸縮量が最小となるタイミングに基づき、車両が第１最小位置または第２最小位置を通過した時刻を検出してもよい。

（車両速度）
解析装置３０の速度検出部３６は、車両が第２最大位置を通過した時刻（Ｓ２６）から、車両が第１最大位置を通過した時刻（Ｓ１６）を減じることにより、第１最大位置から第２最大位置までの通過時間を算出する。また、解析装置３０は、第１最大位置および第２最大位置を予め取得している。解析装置３０の速度検出部３６は、第２最大位置から第１最大位置を減じた距離を、第１最大位置から第２最大位置までの通過時間で除算することにより、車両の速度を算出する。

（重量）
第１センサ装置１１２により測定される伸縮量の最大値（Ｖ_１）は、通過する車両の重量に応じて変化すると推定される。

そこで、測定処理に先だって、解析装置３０は、第１センサ装置１１２により測定される伸縮量の最大値（Ｖ_１）と、車両の重量の関係とを取得する。例えば、解析装置３０は、複数の車両のそれぞれについて、カメラにより撮像された画像に基づき、橋梁を通過する車両の重量の種別（例えば、小型車、中型車および大型車）を判定する。さらに、解析装置３０は、複数の車両のそれぞれについての判定結果と、その車両が通過したときの第１センサ装置１１２により測定された伸縮量の最大値（Ｖ_１）との対応関係を作成する。そして、解析装置３０は、作成した対応関係に基づき、車両の重量を区切る閾値を生成する。例えば、解析装置３０は、小型車と中型車とを区切る閾値と、中型車と大型車とを区切る閾値とを生成する。これにより、解析装置３０は、第１センサ装置１１２により測定される伸縮量の最大値（Ｖ_１）と車両の重量との関係を取得することができる。

そして、測定時において、解析装置３０の重量検出部４０は、第１センサ装置１１２により測定される伸縮量の最大値（Ｖ_１）と、予め作成した対応関係とに基づき、通過した車両の重量（例えば、小型車、中型車または大型車）を検出する。

なお、解析装置３０は、第１センサ装置１１２により測定される伸縮量の最大値（Ｖ_１）に代えて、第２センサ装置１１４により測定される伸縮量の最大値（Ｖ_２）を用いて、通過した車両の重量を検出してもよい。この場合も、測定処理に先だって、解析装置３０は、同様に、橋梁を通過する車両の重量の種別と、第２センサ装置１１４により測定される伸縮量の最大値（Ｖ_２）との対応関係を作成する。そして、測定時において、解析装置３０の重量検出部４０は、第２センサ装置１１４により測定される伸縮量の最大値（Ｖ_２）と、予め作成した対応関係とに基づき、通過した車両の重量を検出する。

図１６は、橋梁を上から見たときの第１センサ装置１１２、第２センサ装置１１４、第３センサ装置１１６および第４センサ装置１１８の配置を示す図である。第１センサ装置１１２および第２センサ装置１１４は、橋梁に取り付けられた複数のセンサ装置２０のうちの一組である。第３センサ装置１１６および第４センサ装置１１８は、橋梁に取り付けられた複数のセンサ装置２０のうちの一組である。

第３センサ装置１１６および第４センサ装置１１８は、橋梁における幅員方向に同一の位置に配置され、走行方向に異なる位置に配置される。第３センサ装置１１６は、第４センサ装置１１８よりも、走行方向の中心側に配置される。

また、第１センサ装置１１２および第３センサ装置１１６は、走行方向に同一位置に配置される。また、第２センサ装置１１４および第４センサ装置１１８は、走行方向に同一位置に配置される。

また、第１センサ装置１１２および第２センサ装置１１４の組は、第１通行帯に設けられる。第３センサ装置１１６および第４センサ装置１１８の組は、第２通行帯に設けられる。

第１通行帯は、車両が第１方向に走行しなければならない通行帯である。第２通行帯は、車両が第２方向に走行しなければならない通行帯である。

図１７は、車両が第１通行帯を第１方向に走行した場合の第１センサ装置１１２および第２センサ装置１１４により測定された伸縮量の変化を示す図である。車両が第１通行帯を第１方向に走行した場合、第１センサ装置１１２および第２センサ装置１１４により測定された伸縮量は、図１７に示すように、減少し、最小値となり、増加し、０クロスを通過し、最大値となり、減少する波形となる。

図１８は、車両が第１通行帯を第１方向に走行した場合の第３センサ装置１１６および第４センサ装置１１８により測定された伸縮量の変化を示す図である。車両が第１通行帯を第１方向に走行した場合、第３センサ装置１１６および第４センサ装置１１８により測定された伸縮量は、図１８に示すように、第１センサ装置１１２および第２センサ装置１１４と同様に、減少し、最小値となり、増加し、０クロスを通過し、最大値となり、減少する波形となる。

しかし、車両が第１通行帯を第１方向に走行した場合、第３センサ装置１１６および第４センサ装置１１８により測定された伸縮量は、第１センサ装置１１２および第２センサ装置１１４により測定された伸縮量と比較して、最大値および最小値の振幅が小さく、ノイズも多い。

図１９は、車両が第２通行帯を第２方向に走行した場合の第１センサ装置１１２および第２センサ装置１１４により測定された伸縮量の変化を示す図である。車両が第２通行帯を第２方向に走行した場合、第１センサ装置１１２および第２センサ装置１１４により測定された伸縮量は、図１９に示すように、増加し、最大値となり、０クロスを通過し、最小値となり、増加する波形となる。

図２０は、車両が第２通行帯を第２方向に走行した場合の第３センサ装置１１６および第４センサ装置１１８により測定された伸縮量の変化を示す図である。車両が第２通行帯を第２方向に走行した場合、第３センサ装置１１６および第４センサ装置１１８により測定された伸縮量は、図２０に示すように、第１センサ装置１１２および第２センサ装置１１４と同様に、増加し、最大値となり、０クロスを通過し、最小値となり、増加する波形となる。

しかし、車両が第２通行帯を第２方向に走行した場合、第３センサ装置１１６および第４センサ装置１１８により測定された伸縮量は、第１センサ装置１１２および第２センサ装置１１４により測定された伸縮量と比較して、最大値および最小値の振幅が大きく、且つ、ノイズも小さい。

図１７から図２０に示したように、車両が第１通行帯を第１方向に走行した場合、第１センサ装置１１２により測定された伸縮量の波形は、第３センサ装置１１６により測定された伸縮量の波形より、最大値および振幅が大きく、ノイズも小さい。また、車両が第２通行帯を第１方向に走行した場合、第３センサ装置１１６により測定された伸縮量の波形は、第１センサ装置１１２により測定された伸縮量の波形より、最大値および振幅が大きく、ノイズも小さい。第２センサ装置１１４と第４センサ装置１１８との関係も同様である。

そこで、解析装置３０の通行帯判定部４２は、第１センサ装置１１２により測定された伸縮量の最大値と、第３センサ装置１１６により測定された伸縮量の最大値との大小に基づき、橋梁を通過した車両が走行した通行帯を検出する。なお、解析装置３０の通行帯判定部４２は、第２センサ装置１１４により測定された伸縮量の最大値と、第４センサ装置１１８により測定された伸縮量の最大値との大小に基づき、橋梁を通過した車両が走行した通行帯を検出してもよい。

以上のように、解析装置３０は、読み出した複数のセンサ装置２０のそれぞれにより測定された２点間の伸縮量に基づき車両の通過を検出することができる。例えば、解析装置３０は、橋梁における所定の位置を車両が通過した時刻、通過した車両の速度、通過した車両の移動方向、通過した車両の重量、および、通過した車両が走行した通行帯を検出することができる。

（解析装置３０のハードウェア構成）
図２１は、解析装置３０のハードウェア構成を示す図である。解析装置３０は、一例として、一般のコンピュータと同様のハードウェア構成により実現される。解析装置３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２０１と、操作装置２０２と、表示装置２０３と、ＲＯＭ（Read Only Memory）２０４と、ＲＡＭ（Random Access Memory）２０５と、記憶装置２０６と、通信装置２０７と、バス２０９とを備える。各部は、バス２０９により接続される。

ＣＰＵ２０１は、ＲＡＭ２０５の所定領域を作業領域としてＲＯＭ２０４または記憶装置２０６に予め記憶された各種プログラムとの協働により各種処理を実行し、解析装置３０を構成する各部の動作を統括的に制御する。また、ＣＰＵ２０１は、ＲＯＭ２０４または記憶装置２０６に予め記憶されたプログラムとの協働により、操作装置２０２、表示装置２０３および通信装置２０７等を動作させる。

操作装置２０２は、タッチパネル、マウスやキーボード等の入力デバイスであって、ユーザから操作入力された情報を指示信号として受け付け、その指示信号をＣＰＵ２０１に出力する。

表示装置２０３は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等の表示部である。表示装置２０３は、ＣＰＵ２０１からの表示信号に基づいて、各種情報を表示する。例えば、表示装置２０３は、橋梁における所定の位置を車両が通過した時刻、通過した車両の速度、通過した車両の移動方向、通過した車両の重量、および、通過した車両が走行した通行帯を表示する。

ＲＯＭ２０４は、解析装置３０の制御に用いられるプログラムおよび各種設定情報等を書き換え不可能に記憶する。ＲＡＭ２０５は、ＳＤＲＡＭ（Synchronous Dynamic Random Access Memory）等の揮発性の記憶媒体である。ＲＡＭ２０５は、ＣＰＵ２０１の作業領域として機能する。

記憶装置２０６は、フラッシュメモリ等の半導体による記憶媒体、磁気的または光学的に記録可能な記憶媒体等の書き換え可能な記録装置である。記憶装置２０６は、解析装置３０の制御に用いられるプログラムを記憶する。

通信装置２０７は、他の装置とデータの送受信をする。また、通信装置２０７は、ネットワークを介してサーバ等とデータの送受信をしてもよい。

本実施形態の解析装置３０で実行されるプログラムは、例えば、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納され、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供される。また、本実施形態の解析装置３０で実行されるプログラムは、持ち運び可能な記憶媒体等に予め組み込んで提供されてもよい。

本実施形態の解析装置３０で実行されるプログラムは、波形取得モジュールと、通過時刻検出モジュールと、速度検出モジュールと、移動方向検出モジュールと、重量検出モジュールと、通行帯判定モジュールと、出力モジュールとを含むモジュール構成となっている。ＣＰＵ２０１（プロセッサ）は、記憶媒体等からこのようなプログラムを読み出して、上記各モジュールをＲＡＭ２０５（主記憶装置）にロードする。そして、ＣＰＵ２０１（プロセッサ）は、このようなプログラムを実行することにより、波形取得部３２、通過時刻検出部３４、速度検出部３６、移動方向検出部３８、重量検出部４０、通行帯判定部４２および出力部４４として機能する。なお、波形取得部３２、通過時刻検出部３４、速度検出部３６、移動方向検出部３８、重量検出部４０、通行帯判定部４２および出力部４４の一部または全部がハードウェアにより構成されていてもよい。

以上、本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。実施形態は、種々の変更を行うことができる。

１０ 車両検出システム
２０ センサ装置
２２ 収集装置
２４ 送信装置
２６ データ蓄積装置
３０ 解析装置
３２ 波形取得部
３４ 通過時刻検出部
３６ 速度検出部
３８ 移動方向検出部
４０ 重量検出部
４２ 通行帯判定部
４４ 出力部
５２ 床版
５４ 主桁
５６ 下面
５８ 溝型鋼
６０ 下フランジ
６２ 第１点
６４ 第２点
６６ 第１部材
６８ 第２部材
７０ 変位検出装置
７２ 光学素子
７４ 検出器
７６ ハーフミラー
７８ 発光部
８０ 受光部
８２ 検出回路
１１２ 第１センサ装置
１１４ 第２センサ装置
１１６ 第３センサ装置
１１８ 第４センサ装置

Claims (9)

1. 橋梁における車両の通過を検出する車両検出システムであって、
   前記橋梁における走行方向の２点間の伸縮量を測定する複数のセンサ装置と、
   前記複数のセンサ装置のそれぞれにより測定された前記２点間の前記伸縮量に基づき前記車両の通過を検出する解析装置と、
   を備え、
   前記複数のセンサ装置のそれぞれは、
   前記橋梁における第１点に固定された第１部材と、
   固定端が前記橋梁における前記第１点から走行方向に離間した第２点に固定され、自由端が前記第１部材の少なくとも一部と走行方向に重なる位置に配置された片持梁である第２部材と、
   前記第１部材と前記第２部材の自由端との相対位置の変位を検出し、検出した前記変位を前記伸縮量として出力する変位検出装置と、
   を有する車両検出システム。
2. 前記変位検出装置は、
   前記第１部材または前記第２部材の一方に取り付けられた光学素子と、
   前記第１部材または前記第２部材の前記光学素子が取り付けられていない他方に取り付けられ、前記光学素子に対して光を照射する発光部および前記光学素子により透過または反射された光を受光する受光部と、
   前記受光部により検出された光の変化に基づき前記第１部材と前記第２部材との相対位置の変位を表す信号を前記伸縮量として出力する検出回路と、
   を含む請求項１に記載の車両検出システム。
3. 前記複数のセンサ装置は、前記橋梁における主桁の下面に取り付けられる
   請求項１または２に記載の車両検出システム。
4. 前記複数のセンサ装置は、前記橋梁における走行方向の中心よりも端部側に取り付けられる
   請求項１から３の何れか１項に記載の車両検出システム。
5. 前記複数のセンサ装置は、第１センサ装置および第２センサ装置を含み、
   前記第１センサ装置および前記第２センサ装置は、前記橋梁における幅員方向に同一の位置であって、走行方向に異なる位置に配置され、
   前記解析装置は、前記第１センサ装置により測定された前記伸縮量が最大となる時刻と、前記第２センサ装置により測定された前記伸縮量が最大となる時刻との差に基づき、前記橋梁を通過した前記車両の速度を検出する
   請求項１から４の何れか１項に記載の車両検出システム。
6. 前記複数のセンサ装置は、第１センサ装置および第２センサ装置を含み、
   前記第１センサ装置および前記第２センサ装置は、前記橋梁における幅員方向に同一の位置であって、走行方向に異なる位置に配置され、
   前記解析装置は、前記第１センサ装置により測定された前記伸縮量が最大となる時刻および前記第２センサ装置により測定された前記伸縮量が最大となる時刻の順序に基づき、前記橋梁を通過した前記車両の移動方向を検出する
   請求項１から４の何れか１項に記載の車両検出システム。
7. 前記複数のセンサ装置は、第１センサ装置および第３センサ装置を含み、
   前記第１センサ装置および前記第３センサ装置は、前記橋梁における走行方向に同一位置に配置され、
   前記第１センサ装置は、第１通行帯に設けられ、前記第３センサ装置は、前記第１通行帯とは異なる第２通行帯に設けられ、
   前記解析装置は、前記第１センサ装置により測定された前記伸縮量の最大値と、前記第３センサ装置により測定された前記伸縮量の最大値との大小に基づき、前記橋梁を通過した前記車両が走行した通行帯を検出する
   請求項１から４の何れか１項に記載の車両検出システム。
8. 前記解析装置は、
   予め作成された、前記複数のセンサ装置の何れかにより測定される前記伸縮量の最大値と車両の重量との対応関係を取得し、
   前記橋梁を前記車両が通過した場合における前記複数のセンサ装置のうちの対応するセンサ装置により測定された前記伸縮量の最大値と、前記対応関係とに基づき、前記橋梁を通過した前記車両の重量を検出する
   請求項１から４の何れか１項に記載の車両検出システム。
9. 橋梁における車両の通過を検出する車両検出方法であって、
   複数のセンサ装置のそれぞれにより、前記橋梁における走行方向の２点間の伸縮量を測定し、
   前記複数のセンサ装置のそれぞれにより測定された前記２点間の前記伸縮量に基づき前記車両の通過を検出し、
   前記複数のセンサ装置のそれぞれは、
   前記橋梁における第１点に固定された第１部材と、
   固定端が前記橋梁における前記第１点から走行方向に離間した第２点に固定され、自由端が前記第１部材の少なくとも一部と走行方向に重なる位置に配置された片持梁である第２部材と、
   前記第１部材と前記第２部材の自由端との相対位置の変位を検出し、検出した前記変位を前記伸縮量として出力する変位検出装置と、
   を有する車両検出方法。

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